EP3021410A1 - Method for manufacturing a fuel cell - Google Patents

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EP3021410A1
EP3021410A1 EP15193693.7A EP15193693A EP3021410A1 EP 3021410 A1 EP3021410 A1 EP 3021410A1 EP 15193693 A EP15193693 A EP 15193693A EP 3021410 A1 EP3021410 A1 EP 3021410A1
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EP
European Patent Office
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membrane
frame
cell
electrode
weld
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EP15193693.7A
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French (fr)
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EP3021410B1 (en
Inventor
Benoît BARTHE
Rémi VINCENT
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0273—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the weld is located in an area in which, after step b), the membrane is in contact with the frame.
  • the weld is located in an area discontinuously surrounding an active part of the cell.
  • the first and second frames are of materials having different melting temperatures, and, in step c), the localized welding is performed on the side of the frame having the lowest melting temperature.
  • the localized weld discontinuously surrounds an active part of the cell.
  • the Figures 1 and 2 are respectively a sectional view and a top view schematically showing an example of a fuel cell elementary cell.
  • the figure 1 is a sectional view according to plan 1-1 of the figure 2 .
  • the membrane 101 is at least partially coated, on its upper side, by a layer 103 of an anode catalyst, and, on its underside, by a layer 105 of a cathode catalyst.
  • the anode catalyst 103 is, for example, platinum or a mixture comprising carbon and platinum
  • the cathode catalyst 105 is, for example, a mixture comprising platinum and cobalt.
  • the electrode 109 occupies substantially the same surface that the electrode 107.
  • an intermediate portion of the frame 113 located between the inner portion (pinched between the electrode 109 and the membrane 101) and the outer portion (extending beyond the lateral edge of the membrane 101 ) of frame 113, is not overcome by electro
  • the reinforcement frame 113 is made of a material that is impervious to reactant gases, for example made of the same material as the reinforcing frame 111.
  • the assembly constituted by the reinforcing frames 111 and 113 may include openings 115, in particular for supplying reactant gases to the various cells of the cell, and to evacuate the water produced during operation of the cell.
  • the openings 115 are for example located at portions of the frames 111 and 113 not covered by the electrodes 107 and 109.
  • the surface of the anode catalyst layer 103 substantially coincides with the surface of the electrode 107.
  • the intermediate portion of the frame 111 (extending between the lateral edge of the electrode 107 and the lateral edge of the membrane 101) is in contact with the upper face of the membrane 101.
  • the surface of the cathode catalyst layer 105 substantially coincides with the surface of the electrode 107.
  • the intermediate part of the frame 113 (extending between the lateral edge of the electrode 109 and the lateral edge of the membrane 101) is in contact with the lower face of the membrane 101.
  • the upper reinforcement frames 111 and lower 113 are arranged on either side of the membrane 101, then the electrodes 107 and 109, respectively coated by the catalyst layers 103 and 105, are respectively disposed on the side of the upper face and on the side of the lower face of the assembly formed by the membrane 101 and the frames 111 and 113, according to the arrangement described above.
  • the cell of Figures 4 and 5 includes the same elements as the cell of Figures 1 and 2 , and differs from the cell of Figures 1 and 2 mainly by its manufacturing process.
  • the manufacturing process of Figures 4 and 5 can include substantially the same steps as the manufacturing method described in connection with the Figures 1 and 2 , and differs from the manufacturing process of Figures 1 and 2 essentially in that it comprises, after the step of sealing the reinforcing frames 111 and 113 on the membrane 101, an additional step of localized welding of the reinforcing frame 111 on or with the membrane 101, at a level of 121 of frame 111.
  • the weld zone 121 of the frame 111 on the membrane 101 is located on only a portion of the surface of the frame portion 111 superimposed on the diaphragm 111.
  • the weld zone 121 is preferably located at a portion of the frame 111 not covered by the electrode 107.
  • the embodiments described are not limited to this particular case.
  • the localized welding zone 121 is situated on a portion of the frame 111 in direct contact with the membrane 101.
  • the localized welding zone 121 has seen from above ( figure 5 ), the shape of a continuous frame completely surrounding the active part of the cell.
  • the localized weld can be made using a laser beam, which is scanned the area 121.
  • a laser beam which is scanned the area 121.
  • the same tool can be used to perform the welding and to make the cuts of openings 115 in the frames 111 and 113.
  • the laser beam can be defocused and / or set to a different power and / or set to a different scanning speed the setting used during the step of cutting the openings 115.
  • the localized welding of the frame 111 on the membrane 101 can be carried out by means of any other heat source making it possible to locally heat a portion of the surface of the frame 111, for example by means of a heated metal pattern that 111, a localized hot air flow, a soldering iron, etc., is applied to the frame 111.
  • An advantage of the manufacturing process of Figures 4 and 5 is that the localized welding of the frame 111 on the membrane 101 significantly enhances the delamination resistance of the cell.
  • the weld since the weld is located outside the active part of the cell, it can, without risk of degrading the active part of the cell, be carried out at a temperature greater than the temperature used during the hot-pressing step. of the cell.
  • the localized welding of the frame 111 on the membrane 101 may be carried out at a temperature of between 200 and 400 ° C. This results in a setting of the frame 111 on the membrane 101 more solid than that obtained during the hot pressing step of the cell.
  • FIG. 6 represents a sectional view of the cell of Figures 4 and 5 after a particularly intense use, having led to delamination between the frame 113 and the membrane 101.
  • the frame 113 is no longer sealingly attached to the entire periphery of the lower face of the membrane 101.
  • oxygen injected on the cathode side can come into contact with the underside of the frame 111, outside the frame formed by the localized welding zone 121.
  • the sealing of the fixing of the frame 111 on the upper face of the membrane 101 is preserved.
  • the localized welding zone 121 surrounds (viewed from above) continuously the active part of the cell.
  • the weld 121 not only has the advantage of reinforcing the mechanical strength of the assembly, anode side, thus preventing the risk of delamination between the frame 111 and the membrane 101, but also has the advantage of constituting itself a localized zone for sealing frame 111 on or with the membrane 101, which prevents the contact of oxygen gas and hydrogen gas.
  • the figure 7 is a top view of an elementary cell of a fuel cell, illustrating an alternative embodiment of the method described in connection with the Figures 4 and 5 .
  • soldering zone patterns 121 may be provided that the one shown in FIG. figure 7 .
  • the distance between two disjoint portions adjacent to the weld zone 121 does not exceed 1 centimeter.
  • solder points are preferably provided at the corner regions of the cell, which are particularly susceptible to delamination.
  • the figure 8 is a sectional view of an elementary cell of a fuel cell, illustrating an alternative embodiment of the method described in connection with the Figures 4 and 5 .
  • the example of figure 8 differs from the example of Figures 4 and 5 in that, in the example of the figure 8 the upper reinforcement frames 111 and lower 113 are made of different materials.
  • the frame on which the localized weld 121, ie the frame 111 in the example shown, is made is made of a material having a melting temperature lower than that of the frame not undergoing localized welding, namely the frame 113 in this case. example.
  • An advantage of the embodiment of the figure 8 is that the presence, on the opposite side to the localized welding zone 121, of a reinforcing frame 113 having a relatively high melting point, makes it possible to produce a deep, and therefore particularly strong, weld between the frame 111 and the membrane 101, without the risk of piercing the stack formed by the frame 111, the membrane 101 and the frame 113.
  • the figure 9 is a sectional view of an elementary cell of a fuel cell, illustrating an alternative embodiment of the method described in connection with the Figures 4 and 5 .
  • the example of figure 9 differs from the example of Figures 4 and 5 essentially in that, in order to further improve the resistance of the cells to the delamination of the cell, a localized weld 121, continuous or discontinuous, of the upper reinforcing frame 111 on the membrane 101, is made and a localized weld 131, continuous or discontinuous of the reinforcing frame 113 on the membrane 101.
  • the patterns of the weld zones 121 and 131 are preferably complementary, that is to say that the Welded areas of the pattern 121 are opposite non-welded areas of the pattern 131, and vice versa. This makes it possible to obtain particularly resistant cells.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'une cellule de pile à combustible, comprenant : a) former un assemblage comprenant une membrane d'électrolyte (101), une couche de catalyseur d'anode (103) revêtue d'une électrode de diffusion gazeuse (107) du côté d'une face de la membrane (101), une couche de catalyseur de cathode (105) revêtue d'une deuxième électrode de diffusion gazeuse (109) du côté de l'autre face de la membrane, un premier cadre de renfort (111) s'étendant au moins en partie entre la membrane (101) et la première électrode (107), et un deuxième cadre de renfort (113) s'étendant au moins en partie entre la membrane (101) et la deuxième électrode (109) ; b) fixer les premier (111) et deuxième (113) cadres de part et d'autre de la membrane (101) ; et c) réaliser une soudure localisée d'au moins l'un des premier (111) et deuxième (113) cadres sur la membrane (101).The invention relates to a method for manufacturing a fuel cell, comprising: a) forming an assembly comprising an electrolyte membrane (101), an anode catalyst layer (103) coated with a gas diffusion (107) on the side of one side of the membrane (101), a cathode catalyst layer (105) coated with a second gas diffusion electrode (109) on the side of the other side of the membrane, a first reinforcing frame (111) extending at least partially between the membrane (101) and the first electrode (107), and a second reinforcing frame (113) extending at least partially between the membrane (101) ) and the second electrode (109); b) fixing the first (111) and second (113) frames on either side of the membrane (101); and c) performing a localized weld of at least one of the first (111) and second (113) frames on the membrane (101).

Description

DomaineField

La présente demande concerne le domaine des piles à combustible, et vise plus particulièrement un procédé de fabrication d'une cellule de pile à combustible. On s'intéresse ici plus particulièrement aux piles à combustible hydrogène-oxygène.The present application relates to the field of fuel cells, and more particularly relates to a method of manufacturing a fuel cell. Of particular interest here are hydrogen-oxygen fuel cells.

Exposé de l'art antérieurPresentation of the prior art

Une pile à combustible hydrogène-oxygène comprend classiquement une ou plusieurs cellules élémentaires comprenant chacune un empilement comportant une membrane d'électrolyte, une couche de catalyseur d'anode disposée du côté d'une première face de la membrane, une première électrode de diffusion gazeuse disposée du côté de la couche de catalyseur d'anode opposé à la membrane, une couche de catalyseur de cathode disposée du côté d'une deuxième face de la membrane opposée à la première face, et une deuxième électrode de diffusion gazeuse disposée du côté de la couche de catalyseur de cathode opposé à la membrane.A hydrogen-oxygen fuel cell conventionally comprises one or more elementary cells each comprising a stack comprising an electrolyte membrane, an anode catalyst layer disposed on the side of a first face of the membrane, a first gas diffusion electrode. disposed on the side of the anode catalyst layer opposite the membrane, a cathode catalyst layer disposed on the side of a second face of the membrane opposite the first face, and a second gaseous diffusion electrode disposed on the side of the cathode catalyst layer opposite the membrane.

En fonctionnement, la première électrode ou électrode d'anode est en contact avec de l'hydrogène (H2), par exemple de l'hydrogène pur, ou tout autre mélange gazeux adapté contenant de l'hydrogène, et la deuxième électrode ou électrode de cathode est en contact avec de l'oxygène (O2), par exemple de l'oxygène pur, l'air ambiant, ou tout autre mélange gazeux adapté contenant de l'oxygène.In operation, the first electrode or anode electrode is in contact with hydrogen (H 2 ), for example pure hydrogen, or any other suitable gaseous mixture containing hydrogen, and the second electrode or electrode cathode is in contact with oxygen (O 2 ), for example pure oxygen, ambient air, or any other suitable gaseous mixture containing oxygen.

Dans ces conditions, quand la cellule est connectée à une charge, il apparaît une tension positive entre l'électrode d'anode et l'électrode de cathode de la cellule, et un courant circule dans la charge. Du côté de l'anode, le catalyseur transforme des molécules d'hydrogène gazeux en deux protons et deux électrons. Les électrons circulent à travers la charge, et les protons se déplacent à partir de la couche de catalyseur d'anode, à travers la membrane d'électrolyte, vers la couche de catalyseur de cathode, où ils réagissent avec l'oxygène pour former de l'eau (H2O).Under these conditions, when the cell is connected to a load, a positive voltage appears between the anode electrode and the cathode electrode of the cell, and a current flows through the load. On the anode side, the catalyst converts gaseous hydrogen molecules into two protons and two electrons. Electrons flow through the charge, and the protons move from the anode catalyst layer, through the electrolyte membrane, to the cathode catalyst layer, where they react with oxygen to form water (H 2 O).

Généralement, une pile à combustible comprend plusieurs cellules élémentaires identiques ou similaires connectées en série. En pratique, les cellules sont empilées de façon que deux cellules voisines aient leurs faces de polarités opposées tournées l'une vers l'autre. Deux cellules voisines sont séparées par une plaque électriquement conductrice, parfois appelée plaque bipolaire, comportant des canaux permettant de distribuer les gaz réactants (respectivement l'hydrogène et l'oxygène) sur la surface des électrodes (respectivement l'anode de l'une des deux cellules et la cathode de l'autre cellule), et d'évacuer l'eau générée par la réaction se produisant côté cathode. L'empilement formé par l'alternance de cellules et de plaques bipolaires peut être maintenu en compression entre deux plaques de serrage.Generally, a fuel cell comprises a plurality of identical or similar elementary cells connected in series. In practice, the cells are stacked so that two neighboring cells have their faces of opposite polarities facing each other. Two neighboring cells are separated by an electrically conductive plate, sometimes called bipolar plate, having channels for distributing the reactant gases (respectively hydrogen and oxygen) on the surface of the electrodes (respectively the anode of one of the two cells and the cathode of the other cell), and evacuate the water generated by the reaction occurring on the cathode side. The stack formed by alternating cells and bipolar plates can be held in compression between two clamping plates.

Un problème qui se pose dans le domaine des piles à combustible hydrogène-oxygène est celui de la durée de vie des cellules élémentaires. En particulier, la membrane d'électrolyte est relativement fragile, et est soumise à des contraintes mécaniques importantes dans la mesure où ses dimensions, et notamment son épaisseur, peuvent varier de façon significative pendant les cycles de fonctionnement de la cellule, en fonction du taux d'humidité et/ou de la température de la cellule. Ainsi, les cellules se dégradent relativement rapidement, ce qui pose des problèmes de fiabilité, mais aussi de sécurité. En effet, dans certains cas de dégradation, par exemple en cas de rupture de la membrane d'électrolyte, l'hydrogène gazeux et l'oxygène gazeux risquent d'entrer en contact au sein d'une cellule, ce qui pourrait conduire à enflammer la cellule.A problem that arises in the field of hydrogen-oxygen fuel cells is that of the life of the elementary cells. In particular, the electrolyte membrane is relatively fragile, and is subjected to significant mechanical stresses insofar as its dimensions, and in particular its thickness, can vary significantly during the operating cycles of the cell, depending on the rate humidity and / or the temperature of the cell. Thus, the cells degrade relatively quickly, which raises reliability issues, but also security. Indeed, in some cases of degradation, for example in case of rupture of the electrolyte membrane, hydrogen gas and oxygen gas may come into contact within a cell, which could lead to igniting the cell.

Il a déjà été proposé, par exemple dans la demande de brevet US2008/0105354 , de disposer, dans chaque cellule, de part et d'autre de la membrane d'électrolyte, au niveau d'une région périphérique de la membrane, des éléments de renfort permettant d'améliorer la robustesse de la cellule et d'augmenter ainsi sa durée de vie.It has already been proposed, for example in the patent application US2008 / 0105354 in each cell, on each side of the electrolyte membrane, at the level of a peripheral region of the membrane, reinforcing elements making it possible to improve the robustness of the cell and thus to increase its life time.

Toutefois, les inventeurs ont constaté que même avec de tels renforts périphériques, la robustesse des cellules élémentaires reste insuffisante pour certaines applications.However, the inventors have found that even with such peripheral reinforcements, the robustness of the elementary cells remains insufficient for certain applications.

Il existe donc un besoin pour des cellules élémentaires de pile à combustible hydrogène-oxygène, qui soient plus résistantes que les cellules existantes.There is therefore a need for elementary cells of hydrogen-oxygen fuel cells, which are more resistant than existing cells.

Résumésummary

Ainsi, un mode de réalisation prévoit un procédé de fabrication d'une cellule de pile à combustible, comprenant les étapes suivantes : a) former un assemblage comprenant une membrane d'électrolyte, une couche de catalyseur d'anode du côté d'une première face de la membrane, une première électrode de diffusion gazeuse du côté de la couche de catalyseur d'anode opposé à la membrane, une couche de catalyseur de cathode du côté d'une deuxième face de la membrane opposée à la première face, une deuxième électrode de diffusion gazeuse du côté de la couche de catalyseur de cathode opposé à la membrane, un premier cadre de renfort disposé en regard d'une région périphérique de la membrane et s'étendant au moins en partie entre la membrane et la première électrode, et un deuxième cadre de renfort disposé en regard de la région périphérique de la membrane et s'étendant au moins en partie entre la membrane et la deuxième électrode ; b) fixer les premier et deuxième cadres de renfort de part et d'autre de la membrane ; et c) réaliser une soudure localisée d'au moins l'un des premier et deuxième cadres de renfort sur ou avec la membrane.Thus, an embodiment provides a method of manufacturing a fuel cell, comprising the steps of: a) forming an assembly comprising an electrolyte membrane, an anode catalyst layer on the side of a first face of the membrane, a first gas diffusion electrode on the side of the anode catalyst layer opposite to the membrane, a cathode catalyst layer on the side of a second face of the membrane opposite the first face, a second gaseous diffusion electrode on the side of the cathode catalyst layer opposite to the membrane, a first reinforcing frame arranged facing a peripheral region of the membrane and extending at least partly between the membrane and the first electrode, and a second reinforcing frame disposed facing the peripheral region of the membrane and extending at least partly between the membrane and the second electrode; b) fixing the first and second reinforcement frames on both sides of the membrane; and c) locally bonding at least one of the first and second reinforcing frames to or with the membrane.

Selon un mode de réalisation, la soudure est localisée dans une zone située en regard d'une partie de la région périphérique de la membrane recouverte par le cadre, et ne s'étendant pas sur la totalité de ladite région périphérique.According to one embodiment, the weld is located in an area facing a portion of the peripheral region of the membrane covered by the frame, and not extending over the entire of said peripheral region.

Selon un mode de réalisation, la soudure est localisée dans une zone dans laquelle, à l'issue de l'étape b), la membrane est en contact avec le cadre.According to one embodiment, the weld is located in an area in which, after step b), the membrane is in contact with the frame.

Selon un mode de réalisation, la soudure est localisée dans une zone dans laquelle, à l'issue de l'étape b), la membrane et le cadre ne sont pas recouverts par une électrode.According to one embodiment, the weld is located in an area in which, after step b), the membrane and the frame are not covered by an electrode.

Selon un mode de réalisation, la soudure est localisée dans une zone entourant de façon continue une partie active de la cellule.According to one embodiment, the weld is located in an area continuously surrounding an active portion of the cell.

Selon un mode de réalisation, la soudure est localisée dans une zone entourant de façon discontinue une partie active de la cellule.According to one embodiment, the weld is located in an area discontinuously surrounding an active part of the cell.

Selon un mode de réalisation, les premier et deuxième cadres sont en des matériaux présentant des températures de fusion différentes, et, à l'étape c), la soudure localisée est effectuée du côté du cadre présentant la température de fusion la plus faible.According to one embodiment, the first and second frames are of materials having different melting temperatures, and, in step c), the localized welding is performed on the side of the frame having the lowest melting temperature.

Selon un mode de réalisation, l'étape c) comprend une soudure localisée du premier cadre sur ou avec la membrane et une soudure localisée du deuxième cadre sur ou avec la membrane.According to one embodiment, step c) comprises a localized weld of the first frame on or with the membrane and a localized weld of the second frame on or with the membrane.

Selon un mode de réalisation, l'étape b) est réalisée par pressage à chaud de l'ensemble de la cellule.According to one embodiment, step b) is carried out by hot pressing of the entire cell.

Selon un mode de réalisation, la soudure localisée est réalisée à l'aide d'un faisceau laser.According to one embodiment, the localized welding is carried out using a laser beam.

Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre une étape de découpe, à l'aide d'un faisceau laser, d'ouvertures dans des portions des premier et deuxième cadres.According to one embodiment, the method further comprises a step of cutting, with the aid of a laser beam, openings in portions of the first and second frames.

Un autre mode de réalisation prévoit une cellule de pile à combustible comprenant un assemblage comportant : une membrane d'électrolyte, une couche de catalyseur d'anode du côté d'une première face de la membrane, une première électrode de diffusion gazeuse du côté de la couche de catalyseur d'anode opposé à la membrane, une couche de catalyseur de cathode du côté d'une deuxième face de la membrane opposée à la première face, une deuxième électrode de diffusion gazeuse du côté de la couche de catalyseur de cathode opposé à la membrane, un premier cadre de renfort disposé en regard d'une région périphérique de la membrane et s'étendant au moins en partie entre la membrane et la première électrode, et un deuxième cadre de renfort disposé en regard de ladite région périphérique de la membrane et s'étendant au moins en partie entre la membrane et la deuxième électrode, les premier et deuxième cadres de renfort étant fixés de part et d'autre de la membrane ; et une soudure localisée d'au moins l'un des premier et deuxième cadres de renfort sur ou avec la membrane.Another embodiment provides a fuel cell cell comprising an assembly comprising: an electrolyte membrane, an anode catalyst layer on the side of a first face of the membrane, a first diffusion electrode gaseous side of the anode catalyst layer opposite the membrane, a cathode catalyst layer on the side of a second face of the membrane opposite the first face, a second gas diffusion electrode on the side of the layer of cathode catalyst opposed to the membrane, a first reinforcing frame disposed facing a peripheral region of the membrane and extending at least partly between the membrane and the first electrode, and a second reinforcing frame disposed opposite said peripheral region of the membrane and extending at least partly between the membrane and the second electrode, the first and second reinforcing frames being fixed on either side of the membrane; and a localized weld of at least one of the first and second reinforcing frames on or with the membrane.

Selon un mode de réalisation, la soudure localisée entoure de façon continue une partie active de la cellule.According to one embodiment, the localized weld continuously surrounds an active part of the cell.

Selon un mode de réalisation, la soudure localisée entoure de façon discontinue une partie active de la cellule.According to one embodiment, the localized weld discontinuously surrounds an active part of the cell.

Brève description des dessinsBrief description of the drawings

Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :

  • les figures 1 et 2 sont respectivement une vue en coupe et une vue de dessus représentant de façon schématique un exemple de cellule élémentaire de pile à combustible ;
  • la figure 3 est une vue en coupe représentant de façon schématique un autre exemple de cellule élémentaire de pile à combustible ;
  • les figures 4 et 5 sont respectivement une vue en coupe et une vue de dessus d'une cellule élémentaire de pile à combustible, illustrant un exemple d'un mode de réalisation d'un procédé de fabrication d'une cellule élémentaire de pile à combustible ;
  • la figure 6 est une vue en coupe de la cellule des figures 4 et 5 après une période d'utilisation relativement importante ;
  • la figure 7 est une vue de dessus d'une cellule élémentaire de pile à combustible, illustrant une variante de réalisation du procédé des figures 4 et 5 ;
  • la figure 8 est une vue en coupe d'une cellule élémentaire de pile à combustible, illustrant une autre variante de réalisation du procédé des figures 4 et 5 ; et
  • la figure 9 est une vue en coupe d'une cellule élémentaire de pile à combustible, illustrant une autre variante de réalisation du procédé des figures 4 et 5.
These and other features and advantages will be set forth in detail in the following description of particular embodiments in a non-limiting manner with reference to the accompanying drawings in which:
  • the Figures 1 and 2 are respectively a sectional view and a top view schematically showing an example of a fuel cell elementary cell;
  • the figure 3 is a sectional view schematically showing another example of a fuel cell elementary cell;
  • the Figures 4 and 5 are respectively a sectional view and a top view of a fuel cell elementary cell, illustrating an example of an embodiment of a method for manufacturing an elementary fuel cell cell;
  • the figure 6 is a sectional view of the cell of Figures 4 and 5 after a relatively long period of use;
  • the figure 7 is a top view of an elementary cell of a fuel cell, illustrating an alternative embodiment of the method of Figures 4 and 5 ;
  • the figure 8 is a sectional view of an elementary cell of a fuel cell, illustrating another variant embodiment of the method of Figures 4 and 5 ; and
  • the figure 9 is a sectional view of an elementary cell of a fuel cell, illustrating another variant embodiment of the method of Figures 4 and 5 .

Description détailléedetailed description

Par souci de clarté, de mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures et, de plus, les diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle. Par ailleurs, dans la présente demande, sauf indication contraire, les termes "approximativement", "sensiblement", "environ", "de l'ordre de", etc., signifient "à 20 % près", et des références directionnelles telles que "supérieur", "inférieur", "surmontant", "au-dessus", "latéral", etc., s'appliquent à des dispositifs orientés de la façon illustrée dans les vues en coupe correspondantes, étant entendu que, dans la pratique, ces dispositifs peuvent être orientés différemment.For the sake of clarity, the same elements have been designated by the same references in the various figures and, in addition, the various figures are not drawn to scale. On the other hand, in the present application, unless otherwise indicated, the terms "approximately", "substantially", "about", "of the order of", etc., mean "to within 20%", and directional references such as that "upper", "lower", "overlying", "above", "lateral", etc., apply to devices oriented in the manner illustrated in the corresponding sectional views, it being understood that in the In practice, these devices can be oriented differently.

Les figures 1 et 2 sont respectivement une vue en coupe et une vue de dessus représentant de façon schématique un exemple d'une cellule élémentaire de pile à combustible. La figure 1 est une vue en coupe selon le plan 1-1 de la figure 2.The Figures 1 and 2 are respectively a sectional view and a top view schematically showing an example of a fuel cell elementary cell. The figure 1 is a sectional view according to plan 1-1 of the figure 2 .

La cellule des figures 1 et 2 comprend une membrane ou couche d'électrolyte 101. La membrane 101 est une membrane à échange de protons, c'est-à-dire qu'elle permet le passage de protons tout en étant perméable aux gaz réactants, et en particulier à l'hydrogène et à l'oxygène, ainsi qu'en étant électriquement isolante. La membrane 101 peut être en un matériau polymère ou en un alliage de plusieurs matériaux polymères. La membrane 101 est par exemple en Nafion.The cell of Figures 1 and 2 comprises an electrolyte membrane or layer 101. The membrane 101 is a proton exchange membrane, that is to say that it allows the passage of protons while being permeable to the reactant gases, and in particular to the hydrogen and oxygen, as well as being electrically insulating. The membrane 101 may be of a material polymer or an alloy of several polymeric materials. The membrane 101 is for example Nafion.

La membrane 101 est au moins partiellement revêtue, du côté de sa face supérieure, par une couche 103 d'un catalyseur d'anode, et, du côté de sa face inférieure, par une couche 105 d'un catalyseur de cathode. Le catalyseur d'anode 103 est par exemple en platine ou en un mélange comprenant du carbone et du platine, et le catalyseur de cathode 105 est par exemple en un mélange comprenant du platine et du cobalt.The membrane 101 is at least partially coated, on its upper side, by a layer 103 of an anode catalyst, and, on its underside, by a layer 105 of a cathode catalyst. The anode catalyst 103 is, for example, platinum or a mixture comprising carbon and platinum, and the cathode catalyst 105 is, for example, a mixture comprising platinum and cobalt.

La couche de catalyseur d'anode 103 est au moins partiellement revêtue par une électrode de diffusion gazeuse 107, ou électrode d'anode, et la couche de catalyseur de cathode 105 est au moins partiellement revêtue par une électrode de diffusion gazeuse 109, ou électrode de cathode. Les électrodes 105 et 109 sont électriquement conductrices, et contiennent des ouvertures permettant de distribuer les gaz réactants respectivement sur la surface supérieure de la couche de catalyseur d'anode 103 et sur la surface inférieure de la couche de catalyseur de cathode 105.The anode catalyst layer 103 is at least partially coated with a gaseous diffusion electrode 107, or anode electrode, and the cathode catalyst layer 105 is at least partially coated by a gaseous diffusion electrode 109, or electrode cathode. The electrodes 105 and 109 are electrically conductive, and contain openings for delivering the reactant gases respectively to the upper surface of the anode catalyst layer 103 and to the lower surface of the cathode catalyst layer 105.

La cellule des figures 1 et 2 comprend en outre, du côté de la face supérieure de la membrane 101, un premier cadre de renfort 111 surmontant une région périphérique de la membrane. Dans l'exemple représenté, du côté du bord latéral intérieur du cadre 111, une partie du cadre 111 est pincée entre l'électrode d'anode 107 et la membrane 101. De plus, dans l'exemple représenté, du côté du bord latéral extérieur du cadre 111, une partie du cadre 111 s'étend au-delà du bord latéral de la membrane 101. Dans cet exemple, l'électrode 107 a, vu de dessus, une surface inférieure à celle de la membrane 101. Plus particulièrement, dans cet exemple, l'électrode 107 recouvre toute la surface supérieure de la membrane 101 à l'exception d'une bande périphérique de la membrane 101. Ainsi, une partie intermédiaire du cadre 111, située entre la partie intérieure (pincée entre l'électrode 107 et la membrane 101) et la partie extérieure (s'étendant au-delà du bord latéral de la membrane 101) du cadre 111, n'est pas surmontée par l'électrode 107. Le cadre 111 est en un matériau étanche aux gaz réactants, par exemple en un matériau polymère, par exemple du polytéréphtalate d'éthylène (PET) ou du polynaphtalate d'éthylène (PEN). Le cadre 111 peut être réalisé à partir d'une feuille d'un matériau polymère, dont une partie centrale est découpée pour ne conserver qu'une partie périphérique en forme de bande annulaire. Dans des conditions normales d'utilisation de la cellule, le cadre 111 est de préférence plus rigide et moins sujet aux déformations que la membrane 101.The cell of Figures 1 and 2 further comprises, on the side of the upper face of the membrane 101, a first reinforcing frame 111 surmounting a peripheral region of the membrane. In the example shown, on the side of the inner side edge of the frame 111, a portion of the frame 111 is clamped between the anode electrode 107 and the membrane 101. In addition, in the example shown, on the lateral edge side outside the frame 111, part of the frame 111 extends beyond the lateral edge of the membrane 101. In this example, the electrode 107 has, seen from above, a lower surface than that of the membrane 101. More particularly in this example, the electrode 107 covers the entire upper surface of the membrane 101 with the exception of a peripheral band of the membrane 101. Thus, an intermediate portion of the frame 111, located between the inner part (pinch between the electrode 107 and the membrane 101) and the outer part (extending beyond the lateral edge of the membrane 101) of the frame 111, is not surmounted by the electrode 107. The frame 111 is made of a waterproof material to gases reactants, for example of a polymeric material, for example polyethylene terephthalate (PET) or ethylene polynaphthalate (PEN). The frame 111 may be made from a sheet of a polymeric material, a central portion of which is cut to retain only a ring-shaped peripheral portion. Under normal conditions of use of the cell, the frame 111 is preferably more rigid and less subject to deformations than the membrane 101.

La cellule des figures 1 et 2 comprend en outre, du côté de la face inférieure de la membrane 101, un deuxième cadre de renfort 113 en regard d'une région périphérique de la membrane. Dans l'exemple représenté, du côté du bord latéral intérieur du cadre 113, une partie du cadre 113 est pincée entre l'électrode de cathode 109 et la membrane 101. De plus, dans l'exemple représenté, du côté du bord latéral extérieur du cadre 113, une partie du cadre 113 s'étend au-delà du bord latéral de la membrane 101. Dans cet exemple, l'électrode 109 a, vu de dessus, une surface inférieure à celle de la membrane 101. Plus particulièrement, dans cet exemple, l'électrode 109 recouvre toute la surface inférieure de la membrane 101 à l'exception d'une bande périphérique de la membrane 101. A titre d'exemple, vu de dessus, l'électrode 109 occupe sensiblement la même surface que l'électrode 107. Ainsi, une partie intermédiaire du cadre 113, située entre la partie intérieure (pincée entre l'électrode 109 et la membrane 101) et la partie extérieure (s'étendant au-delà du bord latéral de la membrane 101) du cadre 113, n'est pas surmontée par l'électrode 109. Le cadre de renfort 113 est en un matériau étanche aux gaz réactants, par exemple en le même matériau que le cadre de renfort 111.The cell of Figures 1 and 2 further comprises, on the side of the lower face of the membrane 101, a second reinforcing frame 113 facing a peripheral region of the membrane. In the example shown, on the side of the inner side edge of the frame 113, a part of the frame 113 is clamped between the cathode electrode 109 and the membrane 101. In addition, in the example shown, on the side of the outer lateral edge of the frame 113, part of the frame 113 extends beyond the lateral edge of the membrane 101. In this example, the electrode 109 has, seen from above, a lower surface than that of the membrane 101. More particularly, in this example, the electrode 109 covers the entire lower surface of the membrane 101 with the exception of a peripheral band of the membrane 101. For example, seen from above, the electrode 109 occupies substantially the same surface that the electrode 107. Thus, an intermediate portion of the frame 113, located between the inner portion (pinched between the electrode 109 and the membrane 101) and the outer portion (extending beyond the lateral edge of the membrane 101 ) of frame 113, is not overcome by electro The reinforcement frame 113 is made of a material that is impervious to reactant gases, for example made of the same material as the reinforcing frame 111.

Dans cet exemple, la surface inférieure de la partie extérieure du cadre 111 est en contact avec la surface supérieure de la partie extérieure du cadre 113. A titre de variante (non représentée), les cadres 111 et 113 peuvent ne pas déborder au-delà du bord latéral de la membrane 101. Dans ce cas, les cadres 111 et 113 ne sont pas en contact l'un avec l'autre.In this example, the lower surface of the outer portion of the frame 111 is in contact with the upper surface of the outer portion of the frame 113. Alternatively (not shown), the frames 111 and 113 may not protrude beyond the side edge of the membrane 101. In this case, the frames 111 and 113 are not in contact with each other.

La partie active de la cellule est constituée par la portion de l'empilement des éléments 109, 105, 101, 103 et 107 située, vu de dessus, à l'intérieur des cadres 111 et 113.The active part of the cell is constituted by the portion of the stack of the elements 109, 105, 101, 103 and 107 located, seen from above, inside the frames 111 and 113.

Comme cela apparaît sur la figure 2, l'assemblage constitué par les cadres de renfort 111 et 113 peut comporter des ouvertures 115, notamment destinées à alimenter en gaz réactants les différentes cellules de la pile, et à évacuer l'eau produite lors du fonctionnement de la pile. Les ouvertures 115 sont par exemple situées au niveau de portions des cadres 111 et 113 non recouvertes par les électrodes 107 et 109.As it appears on the figure 2 , the assembly constituted by the reinforcing frames 111 and 113 may include openings 115, in particular for supplying reactant gases to the various cells of the cell, and to evacuate the water produced during operation of the cell. The openings 115 are for example located at portions of the frames 111 and 113 not covered by the electrodes 107 and 109.

La cellule de la figure 1 peut être réalisée de la façon suivante.The cell of figure 1 can be performed as follows.

Les couches de catalyseur d'anode 103 et de catalyseur de cathode 105 sont d'abord déposées respectivement sur les faces supérieure et inférieure de la membrane 101.The anode catalyst and cathode catalyst layers 105 are first deposited respectively on the upper and lower faces of the membrane 101.

Les cadres de renfort supérieur 111 et inférieur 113 sont ensuite disposés de part et d'autre de l'empilement formé par la membrane 101 et les couches de catalyseur 103 et 105, puis les électrodes 107 et 109 sont disposées respectivement du côté de la face supérieure et du côté de la face inférieure de l'ensemble formé par la membrane 101, les couches 103 et 105, et les cadres 111 et 113, selon l'agencement décrit ci-dessus.The upper reinforcement frames 111 and lower 113 are then placed on either side of the stack formed by the membrane 101 and the catalyst layers 103 and 105, and the electrodes 107 and 109 are respectively disposed on the side of the face. upper and lower side of the assembly formed by the membrane 101, the layers 103 and 105, and the frames 111 and 113, according to the arrangement described above.

L'ensemble comprenant la membrane 101, les couches 103 et 105, les renforts 111 et 113, et les électrodes 107 et 109, est ensuite pressé à chaud, notamment de façon à fixer, de façon étanche aux gaz réactants, les cadres de renfort 111 et 113 sur ou avec la membrane 101. Lors de cette étape, l'assemblage est par exemple porté à une température supérieure à la température de transition vitreuse de la membrane 101. La température de l'assemblage lors du pressage ne doit toutefois pas être trop élevée, de façon à ne pas dégrader la membrane 101 au niveau de la partie active de la cellule. A titre d'exemple non limitatif, l'étape de pressage à chaud est effectuée à une température comprise entre 100 et 200°C, et de préférence entre 120 et 160°C.The assembly comprising the membrane 101, the layers 103 and 105, the reinforcements 111 and 113, and the electrodes 107 and 109, is then hot pressed, in particular so as to fix, in a tight manner to the reactant gases, the reinforcing frames. 111 and 113 on or with the membrane 101. During this step, the assembly is for example brought to a temperature above the glass transition temperature of the membrane 101. However, the temperature of the assembly during the pressing must not be too high, so as not to degrade the membrane 101 at the active part of the cell. By way of non-limiting example, the hot pressing step is carried out at a temperature between 100 and 200 ° C, and preferably between 120 and 160 ° C.

Les ouvertures 115 peuvent ensuite être formées par découpe laser dans des zones de superposition des cadres 111 et 113.The openings 115 may then be formed by laser cutting in superimposed areas of the frames 111 and 113.

Comme cela apparaît sur la figure 1, il résulte du procédé de fabrication décrit ci-dessus que la partie intérieure du cadre 111 (située entre l'électrode 107 et la membrane 101) a sa face inférieure en contact avec la face supérieure de la couche de catalyseur 103 et sa face supérieure en contact avec la face inférieure de l'électrode 107, et que la partie intérieure du cadre 113 (située entre l'électrode 109 et la membrane 101) a sa face supérieure en contact avec la face inférieure de la couche de catalyseur 105 et sa face inférieure en contact avec la face supérieure de l'électrode 109.As it appears on the figure 1 it follows from the manufacturing method described above that the inner part of the frame 111 (located between the electrode 107 and the membrane 101) has its lower face in contact with the upper face of the catalyst layer 103 and its upper face. in contact with the lower face of the electrode 107, and that the inner part of the frame 113 (located between the electrode 109 and the membrane 101) has its upper face in contact with the lower face of the catalyst layer 105 and its lower face in contact with the upper face of the electrode 109.

Dans l'exemple représenté, vu de dessus, la surface de la couche de catalyseur d'anode 103 coïncide sensiblement avec la surface de l'électrode 107. Ainsi, la partie intermédiaire du cadre 111 (s'étendant entre le bord latéral de l'électrode 107 et le bord latéral de la membrane 101) est en contact avec la face supérieure de la membrane 101. De plus, dans cet exemple, vu de dessus, la surface de la couche de catalyseur de cathode 105 coïncide sensiblement avec la surface de l'électrode 107. Ainsi, la partie intermédiaire du cadre 113 (s'étendant entre le bord latéral de l'électrode 109 et le bord latéral de la membrane 101) est en contact avec la face inférieure de la membrane 101.In the example shown, seen from above, the surface of the anode catalyst layer 103 substantially coincides with the surface of the electrode 107. Thus, the intermediate portion of the frame 111 (extending between the lateral edge of the electrode 107 and the lateral edge of the membrane 101) is in contact with the upper face of the membrane 101. In addition, in this example, seen from above, the surface of the cathode catalyst layer 105 substantially coincides with the surface of the electrode 107. Thus, the intermediate part of the frame 113 (extending between the lateral edge of the electrode 109 and the lateral edge of the membrane 101) is in contact with the lower face of the membrane 101.

La figure 3 est une vue en coupe représentant de façon schématique un autre exemple de cellule élémentaire de pile à combustible. La cellule de la figure 3 comprend les mêmes éléments que la cellule des figures 1 et 2, et diffère de la cellule des figures 1 et 2 essentiellement par son procédé de fabrication.The figure 3 is a sectional view schematically showing another example of a fuel cell elementary cell. The cell of figure 3 includes the same elements as the cell of Figures 1 and 2 , and differs from the cell of Figures 1 and 2 essentially by its manufacturing process.

La cellule de la figure 3 est réalisée de la façon suivante.The cell of figure 3 is performed as follows.

Les couches de catalyseur d'anode 103 et de catalyseur de cathode 105 sont déposées respectivement sur la face inférieure de l'électrode 107 et sur la face supérieure de l'électrode 109.The anode catalyst and cathode catalyst layers 105 are deposited respectively on the lower face of the electrode 107 and on the upper face of the electrode 109.

Les cadres de renfort supérieur 111 et inférieur 113 sont disposés de part et d'autre de la membrane 101, puis les électrodes 107 et 109, respectivement revêtues par les couches de catalyseur 103 et 105, sont disposées respectivement du côté de la face supérieure et du côté de la face inférieure de l'ensemble formé par la membrane 101 et les cadres 111 et 113, selon l'agencement décrit ci-dessus.The upper reinforcement frames 111 and lower 113 are arranged on either side of the membrane 101, then the electrodes 107 and 109, respectively coated by the catalyst layers 103 and 105, are respectively disposed on the side of the upper face and on the side of the lower face of the assembly formed by the membrane 101 and the frames 111 and 113, according to the arrangement described above.

L'ensemble de la cellule est ensuite pressé à chaud, comme dans l'exemple des figures 1 et 2, de façon à fixer, de façon étanche aux gaz réactants, les cadres de renfort 111 et 113 sur ou avec la membrane 101.The whole cell is then hot pressed, as in the example of Figures 1 and 2 , so as to fix, in a sealed manner to the reactant gases, the reinforcement frames 111 and 113 on or with the membrane 101.

Les ouvertures 115 (non visibles sur la figure 3) peuvent ensuite être formées dans les cadres 111 et 113, comme dans l'exemple des figures 1 et 2.The openings 115 (not visible on the figure 3 ) can then be formed in frames 111 and 113, as in the example of Figures 1 and 2 .

Ainsi, la cellule de la figure 3 diffère de la cellule des figures 1 et 2 essentiellement en ce que, dans l'exemple de la figure 3, toute la partie du cadre 111 située en regard de la membrane 101, et notamment la partie intérieure du cadre 111 (disposée entre l'électrode 107 et la membrane 101), a sa face inférieure en contact avec la face supérieure de la membrane 101 et sa face supérieure en contact avec la face inférieure de la couche 103, et, toute la partie du cadre 113 située en regard de la membrane 101, et notamment la partie intérieure du cadre 113 (disposée entre l'électrode 109 et la membrane 101), a sa face supérieure en contact avec la face inférieure de la membrane 101 et sa face inférieure en contact avec la face supérieure de la couche 105.So the cell of the figure 3 differs from the cell of Figures 1 and 2 basically in that, in the example of the figure 3 , the entire part of the frame 111 facing the membrane 101, and in particular the inner part of the frame 111 (disposed between the electrode 107 and the membrane 101), has its lower face in contact with the upper face of the membrane 101 and its upper face in contact with the lower face of the layer 103, and the entire portion of the frame 113 facing the membrane 101, and in particular the inner part of the frame 113 (disposed between the electrode 109 and the membrane 101 ), has its upper face in contact with the lower face of the membrane 101 and its lower face in contact with the upper face of the layer 105.

Des essais réalisés par les inventeurs ont montré que malgré la présence des renforts périphériques 111 et 113, les cellules de pile à combustible du type décrit en relation avec les figures 1, 2 et 3, sont susceptibles de se dégrader. En particulier, les inventeurs ont constaté qu'après un certain temps d'utilisation d'une cellule, il peut se produire une délamination dans une région périphérique de la cellule, liée notamment aux variations répétées de l'épaisseur de la membrane 101. En particulier, le renfort supérieur 111 et/ou le renfort inférieur 113 peuvent se décoller de la membrane 101. Une telle délamination est tout particulièrement critique si elle conduit à la fois à une perte d'étanchéité de la fixation entre le renfort 111 et la membrane 101, et à une perte d'étanchéité de la fixation entre le renfort 113 et la membrane 101. En effet, dans ce cas, l'hydrogène gazeux et l'oxygène gazeux alimentant la cellule de part et d'autre de la membrane 101, sont susceptible d'entrer en contact, et il existe un risque que la cellule s'enflamme.Tests carried out by the inventors have shown that despite the presence of the peripheral reinforcements 111 and 113, the fuel cell cells of the type described in connection with the Figures 1, 2 and 3 , are likely to degrade. In particular, the inventors have found that after a certain time of use of a cell, delamination may occur in a peripheral region of the cell, linked in particular to repeated variations in the thickness of the membrane 101. In particular, the upper reinforcement 111 and / or the lower reinforcement 113 can separate from the membrane 101. Such delamination is particularly critical if it leads to both a loss of sealing of the fastener between the reinforcement 111 and the membrane. 101, and a loss of sealing of the attachment between the reinforcement 113 and the membrane 101. In fact, in this case, the hydrogen gas and the oxygen gas supplying the cell on either side of the membrane 101 , are likely to come into contact, and there is a risk that the cell will ignite.

Les figures 4 et 5 sont respectivement une vue en coupe et une vue de dessus d'une cellule élémentaire de pile à combustible, illustrant un exemple d'un mode de réalisation d'un procédé de fabrication d'une cellule élémentaire de pile à combustible. La figure 4 est une vue en coupe selon le plan 4-4 de la figure 5.The Figures 4 and 5 are respectively a sectional view and a top view of a fuel cell elementary cell, illustrating an example of an embodiment of a method for manufacturing an elementary fuel cell cell. The figure 4 is a sectional view along plane 4-4 of the figure 5 .

La cellule des figures 4 et 5 comprend les mêmes éléments que la cellule des figures 1 et 2, et diffère de la cellule des figures 1 et 2 principalement par son procédé de fabrication.The cell of Figures 4 and 5 includes the same elements as the cell of Figures 1 and 2 , and differs from the cell of Figures 1 and 2 mainly by its manufacturing process.

Le procédé de fabrication des figures 4 et 5 peut comprendre sensiblement les mêmes étapes que le procédé de fabrication décrit en relation avec les figures 1 et 2, et diffère du procédé de fabrication des figures 1 et 2 essentiellement en ce qu'il comprend, après l'étape de fixation étanche des cadres de renfort 111 et 113 sur la membrane 101, une étape supplémentaire de soudure localisée du cadre de renfort 111 sur ou avec la membrane 101, au niveau d'une zone 121 du cadre 111.The manufacturing process of Figures 4 and 5 can include substantially the same steps as the manufacturing method described in connection with the Figures 1 and 2 , and differs from the manufacturing process of Figures 1 and 2 essentially in that it comprises, after the step of sealing the reinforcing frames 111 and 113 on the membrane 101, an additional step of localized welding of the reinforcing frame 111 on or with the membrane 101, at a level of 121 of frame 111.

Vu de dessus, la zone 121 de soudure du cadre 111 sur la membrane 101 est localisée sur une partie seulement de la surface de la portion de cadre 111 superposée à la membrane 111. Pour faciliter la réalisation de la soudure, la zone de soudure 121 est de préférence située au niveau d'une portion du cadre 111 non recouverte par l'électrode 107. Les modes de réalisation décrits ne se limitent toutefois pas à ce cas particulier. De préférence, la zone de soudure localisée 121 est située sur une partie du cadre 111 en contact direct avec la membrane 101.Seen from above, the weld zone 121 of the frame 111 on the membrane 101 is located on only a portion of the surface of the frame portion 111 superimposed on the diaphragm 111. To facilitate the realization of the weld, the weld zone 121 is preferably located at a portion of the frame 111 not covered by the electrode 107. The embodiments described are not limited to this particular case. Preferably, the localized welding zone 121 is situated on a portion of the frame 111 in direct contact with the membrane 101.

Dans l'exemple représenté, la zone de soudure localisée 121 a, vu de dessus (figure 5), la forme d'un cadre continu entourant entièrement la partie active de la cellule.In the example shown, the localized welding zone 121 has seen from above ( figure 5 ), the shape of a continuous frame completely surrounding the active part of the cell.

La soudure localisée peut être réalisée à l'aide d'un faisceau laser, que l'on fait balayer la zone 121. Dans ce cas, un avantage est que le même outil peut être utilisé pour réaliser la soudure et pour réaliser les découpes des ouvertures 115 dans les cadres 111 et 113. Lors de l'étape de soudure, pour ne pas risquer de transpercer la cellule, le faisceau laser peut être défocalisé et/ou réglé à une puissance différente et/ou réglé à une vitesse de balayage différente du réglage utilisé lors de l'étape de découpe des ouvertures 115.The localized weld can be made using a laser beam, which is scanned the area 121. In this case, an advantage is that the same tool can be used to perform the welding and to make the cuts of openings 115 in the frames 111 and 113. During the welding step, in order not to risk piercing the cell, the laser beam can be defocused and / or set to a different power and / or set to a different scanning speed the setting used during the step of cutting the openings 115.

Plus généralement, la soudure localisée du cadre 111 sur la membrane 101 peut être réalisée au moyen de toute autre source de chaleur permettant de chauffer de façon localisée une partie de la surface du cadre 111, par exemple au moyen d'un motif métallique chauffé que l'on vient appliquer sur le cadre 111, d'un flux d'air chaud localisé, d'un fer à souder, etc.More generally, the localized welding of the frame 111 on the membrane 101 can be carried out by means of any other heat source making it possible to locally heat a portion of the surface of the frame 111, for example by means of a heated metal pattern that 111, a localized hot air flow, a soldering iron, etc., is applied to the frame 111.

Un avantage du procédé de fabrication des figures 4 et 5 est que la soudure localisée du cadre 111 sur la membrane 101 renforce de façon significative la résistance à la délamination de la cellule. En particulier, la soudure étant localisée en dehors de la partie active de la cellule, elle peut, sans risquer de dégrader la partie active de la cellule, être réalisée à une température supérieure à la température utilisée lors de l'étape de pressage à chaud de la cellule. A titre d'exemple, la soudure localisée du cadre 111 sur la membrane 101 peut être effectuée à une température comprise entre 200 et 400°C. Il en résulte une fixation du cadre 111 sur la membrane 101 plus solide que celle obtenue lors de l'étape de pressage à chaud de la cellule.An advantage of the manufacturing process of Figures 4 and 5 is that the localized welding of the frame 111 on the membrane 101 significantly enhances the delamination resistance of the cell. In particular, since the weld is located outside the active part of the cell, it can, without risk of degrading the active part of the cell, be carried out at a temperature greater than the temperature used during the hot-pressing step. of the cell. By way of example, the localized welding of the frame 111 on the membrane 101 may be carried out at a temperature of between 200 and 400 ° C. This results in a setting of the frame 111 on the membrane 101 more solid than that obtained during the hot pressing step of the cell.

En particulier, les essais réalisés par les inventeurs ont montré que du fait de la présence de la soudure localisée du cadre 111 sur la membrane 101, même après une durée d'utilisation importante de la cellule, le cadre 111 ne se décolle pas de la membrane 101, et la fixation entre le cadre 111 et la membrane 101 reste étanche. Ainsi, la soudure localisée du cadre 111 sur la membrane 101 évite ou limite considérablement le risque d'incendie par mise en contact d'hydrogène et d'oxygène gazeux au sein de la cellule. En effet, même si le cadre 113 (qui ne comporte pas de soudure localisée dans cet exemple) venait à se décoller de la membrane 101, l'oxygène amené via l'électrode de cathode 109 resterait isolé de l'hydrogène amené via l'électrode d'anode 107, par la zone de fixation étanche du cadre 111 sur la membrane 101.In particular, the tests carried out by the inventors have shown that because of the presence of the localized weld of the frame 111 on the membrane 101, even after a significant period of use of the cell, the frame 111 does not come off the surface. membrane 101, and the attachment between the frame 111 and the membrane 101 stays waterproof. Thus, the localized welding of the frame 111 on the membrane 101 substantially avoids or limits the risk of fire by contacting hydrogen and oxygen gas within the cell. Indeed, even if the frame 113 (which does not include localized welding in this example) was peeled off the membrane 101, the oxygen supplied via the cathode electrode 109 would remain isolated from the hydrogen supplied via the anode electrode 107, by the sealing zone of the frame 111 on the membrane 101.

Ceci est illustré par la figure 6, qui représente une vue en coupe de la cellule des figures 4 et 5 après une utilisation particulièrement intense, ayant entrainé une délamination entre le cadre 113 et la membrane 101. Sur la figure 6, on peut observer que le cadre 113 n'est plus fixé de façon étanche sur toute la périphérie de la face inférieure de la membrane 101. Il en résulte que de l'oxygène injecté côté cathode peut venir en contact avec la face inférieure du cadre 111, à l'extérieur du cadre formé par la zone de soudure localisée 121. Toutefois, du fait de la présence de la zone de soudure localisée 121, l'étanchéité de la fixation du cadre 111 sur la face supérieure de la membrane 101 est préservée. Ainsi, l'oxygène gazeux susceptible de s'échapper latéralement de la cellule, côté cathode, reste séparé de l'hydrogène gazeux injecté côté anode. Ceci est illustré par les lignes 151 et 153 de la figure 6, qui représentent respectivement, de façon schématique, la circulation de l'oxygène gazeux et de l'hydrogène gazeux dans la cellule.This is illustrated by the figure 6 , which represents a sectional view of the cell of Figures 4 and 5 after a particularly intense use, having led to delamination between the frame 113 and the membrane 101. On the figure 6 it can be observed that the frame 113 is no longer sealingly attached to the entire periphery of the lower face of the membrane 101. As a result, oxygen injected on the cathode side can come into contact with the underside of the frame 111, outside the frame formed by the localized welding zone 121. However, because of the presence of the localized welding zone 121, the sealing of the fixing of the frame 111 on the upper face of the membrane 101 is preserved. Thus, the oxygen gas that can escape laterally from the cell, cathode side, remains separated from the hydrogen gas injected anode side. This is illustrated by lines 151 and 153 of the figure 6 , which respectively represent, in a schematic manner, the circulation of gaseous oxygen and hydrogen gas in the cell.

On notera que dans le mode de réalisation des figures 4 et 5, la zone de soudure localisée 121 entoure (vu de dessus) de façon continue la partie active de la cellule. Ainsi, la soudure 121 présente non seulement l'avantage de renforcer la résistance mécanique de l'assemblage, côté anode, prévenant ainsi les risques de délamination entre le cadre 111 et la membrane 101, mais présente aussi l'avantage de constituer elle-même une zone localisée de fixation étanche du cadre 111 sur ou avec la membrane 101, qui prévient la mise en contact de l'oxygène gazeux et de l'hydrogène gazeux.It will be noted that in the embodiment of Figures 4 and 5 , the localized welding zone 121 surrounds (viewed from above) continuously the active part of the cell. Thus, the weld 121 not only has the advantage of reinforcing the mechanical strength of the assembly, anode side, thus preventing the risk of delamination between the frame 111 and the membrane 101, but also has the advantage of constituting itself a localized zone for sealing frame 111 on or with the membrane 101, which prevents the contact of oxygen gas and hydrogen gas.

A titre de variante, au lieu de réaliser une soudure localisée du cadre 111 sur la membrane 101, on peut, de façon similaire à ce qui a été décrit ci-dessus, réaliser une soudure localisée du cadre 113 sur ou avec la membrane 101. Ceci permet d'obtenir sensiblement les mêmes avantages de résistance et de sécurité accrues que lorsque la soudure est située côté cadre 111.Alternatively, instead of performing a localized welding of the frame 111 on the membrane 101, it is possible, similarly to what has been described above, to perform a localized welding of the frame 113 on or with the membrane 101. This makes it possible to obtain substantially the same advantages of increased strength and safety as when the weld is located on the frame side 111.

La figure 7 est une vue de dessus d'une cellule élémentaire de pile à combustible, illustrant une variante de réalisation du procédé décrit en relation avec les figures 4 et 5.The figure 7 is a top view of an elementary cell of a fuel cell, illustrating an alternative embodiment of the method described in connection with the Figures 4 and 5 .

La cellule de la figure 7 diffère de la cellule des figures 4 et 5 essentiellement en ce que, dans l'exemple de la figure 7, la zone de soudure localisée 121 du cadre 111 sur la membrane 101 n'entoure pas de façon continue la partie active de la cellule, mais l'entoure de façon discontinue. Plus particulièrement, dans l'exemple de la figure 7, vu de dessus, la zone de soudure 121 est constituée par une pluralité de points de soudure disjoints régulièrement répartis autour de la partie active de la cellule. Les inventeurs ont en effet constaté que, même discontinue, une soudure localisée du cadre 111 (ou 113) sur la membrane 101 permet d'accroître de façon significative la résistance à la délamination, et de limiter les risques de perte d'étanchéité de la fixation entre le cadre de renfort 111 et la membrane 101. D'autres motifs de zone de soudure discontinue 121 peuvent être prévus que celui représenté en figure 7. De préférence, la distance entre deux portions disjointes voisines de la zone de soudure 121 n'excède pas 1 centimètre. De plus, des points de soudure sont de préférence prévus au niveau des régions de coin de la cellule, qui sont particulièrement sujettes à la délamination.The cell of figure 7 differs from the cell of Figures 4 and 5 basically in that, in the example of the figure 7 , the localized welding zone 121 of the frame 111 on the membrane 101 does not continuously surround the active part of the cell, but surrounds it discontinuously. More particularly, in the example of figure 7 , seen from above, the soldering zone 121 is constituted by a plurality of disjoint solder points regularly distributed around the active part of the cell. The inventors have indeed found that, even discontinuous, a localized welding of the frame 111 (or 113) on the membrane 101 can significantly increase the resistance to delamination, and to limit the risk of leakage of the seal. fixing between the reinforcing frame 111 and the membrane 101. Other discontinuous soldering zone patterns 121 may be provided that the one shown in FIG. figure 7 . Preferably, the distance between two disjoint portions adjacent to the weld zone 121 does not exceed 1 centimeter. In addition, solder points are preferably provided at the corner regions of the cell, which are particularly susceptible to delamination.

La figure 8 est une vue en coupe d'une cellule élémentaire de pile à combustible, illustrant une variante de réalisation du procédé décrit en relation avec les figures 4 et 5. L'exemple de la figure 8 diffère de l'exemple des figures 4 et 5 en ce que, dans l'exemple de la figure 8, les cadres de renfort supérieur 111 et inférieur 113 sont en des matériaux différents. Le cadre sur lequel est réalisée la soudure localisée 121, à savoir le cadre 111 dans l'exemple représenté, est en un matériau présentant une température de fusion inférieure à celle du cadre ne subissant pas de soudure localisée, à savoir le cadre 113 dans cet exemple. A titre d'exemple non limitatif, le cadre 111 est en un polymère de type PET présentant une température de fusion de l'ordre de 180°C, par exemple du Mylar, et le cadre 113 est en un polyimide présentant une température de l'ordre de 400°C, par exemple du Kapton.The figure 8 is a sectional view of an elementary cell of a fuel cell, illustrating an alternative embodiment of the method described in connection with the Figures 4 and 5 . The example of figure 8 differs from the example of Figures 4 and 5 in that, in the example of the figure 8 the upper reinforcement frames 111 and lower 113 are made of different materials. The frame on which the localized weld 121, ie the frame 111 in the example shown, is made is made of a material having a melting temperature lower than that of the frame not undergoing localized welding, namely the frame 113 in this case. example. By way of nonlimiting example, the frame 111 is made of a PET-type polymer having a melting temperature of the order of 180 ° C., for example Mylar, and the frame 113 is made of a polyimide having a temperature of 100 ° C. order of 400 ° C, for example Kapton.

Un avantage du mode de réalisation de la figure 8 est que la présence, du côté opposé à la zone de soudure localisée 121, d'un cadre de renfort 113 présentant une température de fusion relativement élevée, permet de réaliser une soudure profonde, et donc particulièrement résistante, entre le cadre 111 et la membrane 101, sans risquer de transpercer l'empilement formé par le cadre 111, la membrane 101 et le cadre 113.An advantage of the embodiment of the figure 8 is that the presence, on the opposite side to the localized welding zone 121, of a reinforcing frame 113 having a relatively high melting point, makes it possible to produce a deep, and therefore particularly strong, weld between the frame 111 and the membrane 101, without the risk of piercing the stack formed by the frame 111, the membrane 101 and the frame 113.

La figure 9 est une vue en coupe d'une cellule élémentaire de pile à combustible, illustrant une variante de réalisation du procédé décrit en relation avec les figures 4 et 5. L'exemple de la figure 9 diffère de l'exemple des figures 4 et 5 essentiellement en ce que, pour améliorer encore la résistance des cellules à la délamination de la cellule, on réalise une soudure localisée 121, continue ou discontinue, du cadre de renfort supérieur 111 sur la membrane 101, et une soudure localisée 131, continue ou discontinue, du cadre de renfort 113 sur la membrane 101. Dans le cas où les zones de soudure 121 et 131 sont toutes deux discontinues, les motifs des zones de soudure 121 et 131 sont de préférence complémentaires, c'est-à-dire que les zones soudées du motif 121 sont en regard de zones non soudées du motif 131, et réciproquement. Ceci permet d'obtenir des cellules particulièrement résistantes.The figure 9 is a sectional view of an elementary cell of a fuel cell, illustrating an alternative embodiment of the method described in connection with the Figures 4 and 5 . The example of figure 9 differs from the example of Figures 4 and 5 essentially in that, in order to further improve the resistance of the cells to the delamination of the cell, a localized weld 121, continuous or discontinuous, of the upper reinforcing frame 111 on the membrane 101, is made and a localized weld 131, continuous or discontinuous of the reinforcing frame 113 on the membrane 101. In the case where the weld zones 121 and 131 are both discontinuous, the patterns of the weld zones 121 and 131 are preferably complementary, that is to say that the Welded areas of the pattern 121 are opposite non-welded areas of the pattern 131, and vice versa. This makes it possible to obtain particularly resistant cells.

Des modes de réalisation particuliers ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art.Particular embodiments have been described. Various variations and modifications will be apparent to those skilled in the art.

En particulier, les modes de réalisation décrits ne se limitent pas à l'exemple particulier décrit ci-dessus dans lequel l'étape de fixation étanche des cadres de renfort 111 et 113 sur la membrane 110, préalablement à l'étape de soudure localisée d'au moins un des cadres 111 et 113 sur la membrane 101, est effectuée par pressage à chaud de la cellule. A titre de variante, les cadres 111 et 113 peuvent être fixés sur ou avec la membrane par tout autre moyen adapté, par exemple au moyen d'un adhésif étanche aux gaz réactants.In particular, the embodiments described are not limited to the particular example described above in which the step of sealing the reinforcing frames 111 and 113 on the membrane 110, prior to the localized welding step of at least one of the frames 111 and 113 on the membrane 101 is effected by hot pressing of the cell. Alternatively, frames 111 and 113 may be attached to or with the membrane by any other suitable means, for example by means of a gas-tight adhesive.

En outre, les modes de réalisation décrits en relation avec les figures 4 à 9 sont compatibles avec un procédé de fabrication du type décrit en relation avec la figure 3, dans lequel les couches de catalyseur 103 et 105 sont déposées sur les électrodes 107 et 109 respectivement, plutôt que sur les faces supérieure et inférieure de la membrane 101.In addition, the embodiments described in connection with the Figures 4 to 9 are compatible with a manufacturing process of the type described in relation to the figure 3 wherein the catalyst layers 103 and 105 are deposited on the electrodes 107 and 109 respectively, rather than on the upper and lower faces of the membrane 101.

De plus, diverses variantes de réalisation ont été décrites ci-dessus. On notera que l'homme de l'art pourra combiner divers éléments de ces diverses variantes sans faire preuve d'activité inventive.In addition, various embodiments have been described above. It will be appreciated that those skilled in the art can combine various elements of these various variants without demonstrating inventive step.

Claims (13)

Procédé de fabrication d'une cellule de pile à combustible, comprenant les étapes suivantes : a) former un assemblage comprenant une membrane d'électrolyte (101), une couche de catalyseur d'anode (103) du côté d'une première face de la membrane (101), une première électrode de diffusion gazeuse (107) du côté de la couche de catalyseur d'anode (103) opposé à la membrane (101), une couche de catalyseur de cathode (105) du côté d'une deuxième face de la membrane (101) opposée à la première face, une deuxième électrode de diffusion gazeuse (109) du côté de la couche de catalyseur de cathode (105) opposé à la membrane (101), un premier cadre de renfort (111) disposé en regard d'une région périphérique de la membrane (101) et s'étendant au moins en partie entre la membrane (101) et la première électrode (107), et un deuxième cadre de renfort (113) disposé en regard de ladite région périphérique de la membrane (101) et s'étendant au moins en partie entre la membrane (101) et la deuxième électrode (109) ; b) fixer les premier (111) et deuxième (113) cadres de renfort de part et d'autre de la membrane (101) ; et c) réaliser une soudure localisée d'au moins l'un des premier (111) et deuxième (113) cadres de renfort avec la membrane (101), dans lequel ladite soudure est localisée dans une zone (121) située en regard d'une partie de la région périphérique de la membrane (101) recouverte par ledit au moins un cadre (111, 113), et ne s'étendant pas sur la totalité de ladite région périphérique.A method of manufacturing a fuel cell, comprising the steps of: a) forming an assembly comprising an electrolyte membrane (101), an anode catalyst layer (103) on the side of a first face of the membrane (101), a first gas diffusion electrode (107) on the of the anode catalyst layer (103) opposite the membrane (101), a cathode catalyst layer (105) on the side of a second face of the membrane (101) opposite to the first face, a second electrode gas diffusion device (109) on the side of the cathode catalyst layer (105) opposite to the membrane (101), a first reinforcing frame (111) arranged facing a peripheral region of the membrane (101) and extending at least partly between the membrane (101) and the first electrode (107), and a second reinforcing frame (113) disposed facing said peripheral region of the membrane (101) and extending at least in part between the membrane (101) and the second electrode (109); b) fixing the first (111) and second (113) reinforcing frames on either side of the membrane (101); and c) performing a localized weld of at least one of the first (111) and second (113) reinforcing frames with the membrane (101), wherein said weld is located in an area (121) facing a portion of the peripheral region of the membrane (101) covered by said at least one frame (111, 113), and not extending over the all of said peripheral region. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ladite soudure est localisée dans une zone (121) dans laquelle, à l'issue de l'étape b), la membrane (101) est en contact avec ledit au moins un cadre (111, 113).A method according to claim 1, wherein said weld is located in a zone (121) in which, after step b), the membrane (101) is in contact with said at least one frame (111, 113 ). Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ladite soudure est localisée dans une zone (121) dans laquelle, à l'issue de l'étape b), la membrane (101) et ledit au moins un cadre (111, 113) ne sont pas recouverts par une électrode (107, 109).A method according to claim 1 or 2, wherein said weld is located in a zone (121) in which, after step b), the membrane (101) and said at least one frame (111, 113) are not covered by an electrode (107, 109). Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ladite soudure est localisée dans une zone (121) entourant de façon continue une partie active de la cellule.The method of any one of claims 1 to 3, wherein said solder is located in an area (121) continuously surrounding an active portion of the cell. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ladite soudure est localisée dans une zone (121) entourant de façon discontinue une partie active de la cellule.The method of any one of claims 1 to 3, wherein said solder is located in an area (121) discontinuously surrounding an active portion of the cell. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les premier (111) et deuxième (113) cadres sont en des matériaux présentant des températures de fusion différentes, et dans lequel, à l'étape c), la soudure localisée est effectuée du côté du cadre présentant la température de fusion la plus faible.A process according to any one of claims 1 to 5, wherein the first (111) and second (113) frames are of materials having different melting temperatures, and wherein, in step c), the spot weld is performed on the side of the frame having the lowest melting temperature. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'étape c) comprend une soudure localisée du premier cadre (111) avec la membrane (101) et une soudure localisée du deuxième cadre (113) avec la membrane (101).A method according to any one of claims 1 to 6, wherein step c) comprises a localized weld of the first frame (111) with the membrane (101) and a localized weld of the second frame (113) with the membrane (101). ). Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l'étape b) est réalisée par pressage à chaud de l'ensemble de la cellule.A process according to any one of claims 1 to 7, wherein step b) is carried out by hot pressing the entire cell. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la soudure localisée (121) est réalisée à l'aide d'un faisceau laser.The method of any one of claims 1 to 8, wherein the localized weld (121) is performed using a laser beam. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant en outre une étape de découpe, à l'aide d'un faisceau laser, d'ouvertures (115) dans des portions des premier (111) et deuxième (113) cadres.A method as claimed in any one of claims 1 to 9, further comprising a step of cutting, with the aid of a laser beam, apertures (115) in portions of the first (111) and second (113) frames . Cellule de pile à combustible comprenant un assemblage comportant : une membrane d'électrolyte (101), une couche de catalyseur d'anode (103) du côté d'une première face de la membrane (101), une première électrode de diffusion gazeuse (107) du côté de la couche de catalyseur d'anode (103) opposé à la membrane (101), une couche de catalyseur de cathode (105) du côté d'une deuxième face de la membrane (101) opposée à la première face, une deuxième électrode de diffusion gazeuse (109) du côté de la couche de catalyseur de cathode (105) opposé à la membrane (101), un premier cadre de renfort (111) disposé en regard d'une région périphérique de la membrane (101) et s'étendant au moins en partie entre la membrane (101) et la première électrode (107), et un deuxième cadre de renfort (113) disposé en regard de ladite région périphérique de la membrane (101) et s'étendant au moins en partie entre la membrane (101) et la deuxième électrode (109), les premier (111) et deuxième (113) cadres de renfort étant fixés de part et d'autre de la membrane (101) ; et une soudure localisée (121) d'au moins l'un des premier (111) et deuxième (113) cadres de renfort avec la membrane (101), dans laquelle ladite soudure est localisée dans une zone (121) située en regard d'une partie de la région périphérique de la membrane (101) recouverte par ledit au moins un cadre (111, 113), et ne s'étendant pas sur la totalité de ladite région périphérique. A fuel cell cell comprising an assembly comprising: an electrolyte membrane (101), an anode catalyst layer (103) on the side of a first face of the membrane (101), a first gas diffusion electrode (107) on the side of the catalyst layer (101), anode (103) opposite the membrane (101), a cathode catalyst layer (105) on the a second side of the membrane (101) opposite the first face, a second gas diffusion electrode (109) on the side of the cathode catalyst layer (105) opposite the membrane (101), a first frame of reinforcement (111) arranged facing a peripheral region of the membrane (101) and extending at least partly between the membrane (101) and the first electrode (107), and a second reinforcing frame (113) disposed facing said peripheral region of the membrane (101) and extending at least partly between the membrane (101) and the second electrode (109), the first (111) and second (113) reinforcing frames being fixed of on both sides of the membrane (101); and a localized weld (121) of at least one of the first (111) and second (113) reinforcing frames with the membrane (101), wherein said weld is located in an area (121) facing the a portion of the peripheral region of the membrane (101) covered by said at least one frame (111, 113), and not extending over all of said peripheral region. Cellule selon la revendication 11, dans laquelle ladite soudure localisée (121) entoure de façon continue une partie active de la cellule.The cell of claim 11, wherein said localized weld (121) continuously surrounds an active portion of the cell. Cellule selon la revendication 11, dans laquelle ladite soudure localisée (121) entoure de façon discontinue une partie active de la cellule.The cell of claim 11, wherein said localized solder (121) discontinuously surrounds an active portion of the cell.
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